Einsatz von eingebetteten FPGA-basierten Mikroprozessorkernen in HW-Agentennetzwerken. Diplomverteidigung

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Johanna Simen
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1 Einsatz von ingbtttn FPGA-basirtn Mikroprozssorkrnn in HW-Agntnntzwrkn Diplomvrtidigung Foli 1 / 27

2 Glidrung Aufgabnstllung Grundlagn Ausgangssituation Konzption mplmntirung Ausblick Foli 2 / 27

3 Aufgabnstllung Litraturstudium Untrsuchung von Btribsystmn zum Einsatz in Agntnsystmn Auswahl ins Microprozssors zur mplmntirung auf Virtx2P/5 mplmntirung ins Rkonfigurationsmchanismus. Entwicklung dr Agntnsturung und askvrwaltung ntgration mit dm Agntn-Managmnt-Systm amsys Validirung ds Systms mithilf von Bispiln und stsznarin Auswrtung dr Ergbniss Foli 3 / 27

4 Grundlagn Dynamisch Partill Rkonfiguration Logikstrukturn und Vrdrahtung von FPGAs wird durch Spichrzlln dfinirt Vrändrung disr Spichr ist im Btrib möglich Hardwardsignprozss muss angpasst wrdn Partill Rgionn wrdn fst auf dm FPGA positionirt All Kommunikation zwischn partilln Rgionn und statischr Hardwar läuft übr Busmacros Foli 4 / 27

5 Grundlagn Modulbasirt Partill Rkonfiguration JAG Statischr il Konfigurationslogik SlctMAP CAP Busmacro PRM Foli 5 / 27

6 Grundlagn Partillr Dsignflow Qulln top.vhd Constraints Bitstrams systm.ucf static.bit static.vhd busmacro_bb.vhd partial_blackbox.vhd partial.ucf partial.bit partial.vhd blank.bit Synths (XS) MAP RANSLAE PAR Ntzlistn (groutt) Ntzlistn top.ngc busmacro.nmc partial.ngc top.ncd partial.ncd Assmbly (bitgn -r) Foli 6 / 27

7 Grundlagn Embddd Dvlopmnt Kit Xilinx ool zur Erstllung von Systm On Chip Systmn zur mplmntirung auf FPGAs Microprozssorn, Priphri und Bussystm sthn als P Cors zur vrfügung Softwartribr zur Sturung dr Priphri ist nthaltn Ein Minimalkrnl xilkrnl kann optional ingstzt wrdn Compilr oolchain zur Entwicklung von stand-alon Applikationn Di Addrssn dr Priphri kann xportirt wrdn um hird Party Btribsystm inzustzn Foli 7 / 27

8 Grundlagn EDK Dsign Flow Board Support Packag Bas Systm Buildr platgn systm.ucf systm.mhs HDL Wrappr SE Flow app.lf systm.bmm Bitstrams data2mm nitialisirt Bitstrams Foli 8 / 27

9 Grundlagn Btribsystm Montavista Linux ROS Blucat Linux Ptalinux uclinux-distribution für Microblaz (PowrPC ohn MMU zur mplmntirung auf Xilinx FPGAs) Microblaz gcc - oolchain Linux 2.4 und 2.6 Umfangrich Sammlung von Applikationn (busybox, uclib) KBuild Systm, Support Skript Foli 9 / 27

10 Hardwar - Xilinx ML505 Entwicklungsboard Ausgangssituation Foli 10 / 27

11 Ausgangssituation Xilinx ML505 Virtx5 FPGA (CAP_VREX5) SP Flash Ethrnt PHY SystmACE RS Foli 11 / 27

12 Ausgangssituation Bsthnd Projkt Java Srvr amsys zur Sturung von Atmga32 basirtn HW-Agntn GU und Datnbank Anbindung Agntn Hardwar (ahw) Modulvrbindungssystm (Crossbar, gminsammr Spichr, O) von Marcl Naggaz Foli 12 / 27

13 Ausgangssituation Entwicklungsumgbung SE + EDK 10.1 (Systmsynths) SE Partial Rconfiguration Early Accss + PlanAhad (Partillr DsignFlow) Ptalinux v0.30-rc1 / subvrsion Eclips Foli 13 / 27

14 Konzption Microblaz basirts Embddd Systm auf dm ML505 Virtx5 Board Ptalinux Btribsystm Partill Rkonfiguration übr HWCAP Anbindung an das AHW Kommunikationssystm zur Sturung dr partilln Modul (Linux ribr) Managmntsystm amsys als Javaimplmntation Gtstt JVMs: jamvm, kaff, mika, java Foli 14 / 27

15 Konzption Vrtilt Systm Struktur Hardwar Agnt Hardwar Agnt Virtual Agnt Ethrnt (Java RM Corba) GU Clint Foli 15 / 27

16 mplmntirung Bootprozss Firststag Bootloadr im BRAM ds Microblaz Spichrinitialisirung Ladn ds Scondstag Bootloadrs vom FLASH uboot Krnl und RomFS Updats im FLASH übr DHCP/FP Ladn ds Linux Krnls Linux Root Dvic: FLASH (RomFS) odr SystmACE/CF (xt2) Prsistnt Storag: FLASH (JFFS2) Foli 16 / 27

17 mplmntirung HW-Agntn Struktur FPGA BRAM Mmory LMB Microblaz Partial Rconfigurabl Moduls PRM 1 DRAM Moduls PLBv46 DRAM Controlr AHW Control Dbug Consol UAR HWCAP PRM 2 Ethrnt PHY Ethrnt Controllr Flash PRM 3 Flash Controllr CAP Compact Flash SystmACE imr Statischr il Rkonfigurirbarr il Foli 17 / 27

18 mplmntirung Umstzung dr Agntnignschaftn autonoms Arbitn: stärkr Entkopplung vom Suprvisor (dm Managmntsrvr) sozials Vrhaltn: Agntnkommunikation, askvrtilung Witr Eignschaftn: implmntirt in dn Partilln Moduln Foli 18 / 27

19 mplmntirung mplmntirung dr askvrwaltung C mplmntation von amsys-cor asks sind Prozss und wrdn mit libamsys glinkt Zu jdm ask ghört in Vrzichnisbaum, wlchr das binary, di Hardwarmodul und Nutzrdatn nthält asks konfigurirn di Hardwar slbst müssn di Rssourcn abr bim Managmntsystm anfordrn Jdr ask odr amsys kann andr Agntn kontaktirn um z.b. dssn Rssourcn zu nutzn Nustart von ask nicht kritischn Fhlrsituationn (z.b. blgt Rssourcn) Erigniss (ask bndt, Fhlr) könnn mithilf dr Nutzrschnittstll abgfragt wrdn Foli 19 / 27

20 Anbindung an di Agntn HW Kommunikation mplmntirung mplmntirung inr Hardwarkontrollinhit zur Vrbindung ds AHW Systms an dn PC Bus PC - PLB Brück Linux ribr zur Sturung dr Hardwar Foli 20 / 27

21 load/stor/intrupt linux mplmntirung rad writ call includ xilinx_hwicap ahw_drivr Hardwar Usr ntrfac Clint /dv/icap /proc/ahw (Dvic Status) /dv/ahw0 (Shard Mmory/ Notification) /dv/ahw1-n (Crossbarntwork) avahi-dbus mmap() ioctl() GU amsys vfork()/xcv() ask askpool avahi-cor libamsys task.c run srvr/ publish srvic/ discovr srvics amsys-cor Unix Domain Sockts snd()/rcv() amsys-nt.h amsys-ifac.h HW-Agnt CP/P initiat task/ transfr fils/ monitor status amsys-unix.h amsys-cor.h Foli 21 / 27

22 mplmntirung Softwar Moduls linux/ahw_drivr consumr smaphor up() /dv/ahw1-n producr smaphor down() up() ahw_rad() cyclic buffr (lockfr) ahw_writ() down() disabl ntrupt Handlr schdul work quu call/ control signal rad nabl writ Hardwar P Foli 22 / 27

23 mplmntirung EDK Priphials ntrupt Controllr dk_ahw_control PLB-PC AHW PRR Arbitr Arbitr FFO ahw_control Crossbar F Shard Mm F call/ control signal rad writ FFO Shard Mmory BRAM Arbitr Foli 23 / 27

24 mplmntirung Kommunikationsprotokoll Gplant: Java RM, Corba odr CE Binärs Paktorintirts Protokoll (Magictokn, Pakttyp, Datn) Synchron Abarbitung auf dr Hardwar übr Unix Domain Sockts Asynchron Kommunikation zwischn dn Agntn und dr Nutzrschnittstll übr ntrnt Sockts Oprationn: Rgionn rsrvirn, Datn übrtragn, asks startn Foli 24 / 27

25 mplmntirung Srvic Discovry Agntn müssn sich ggnsitig im Ntz findn Dis soll ohn spzill Konfiguration möglich sin: Zroconf Als Zroconf mplmntation wurd avahi ingstzt und auf Microblaz portirt Di Nutzrschnittstll grift auf avahi übr DBus zu mithilf von java-dbus Jdr Agnt vröffntlicht sinn Dist als _amsysagnt._tcp.local Übr Multicast DNS und DNS Srvic Discovry wrdn dis nformationn abgrufn Foli 25 / 27

26 Vrzicht auf di Softcor Priphri um mhr Fhlr bhandln zu könnn FPGAs mit intgrirtm SoC SoC mit FPGA Rssourcn SoC und FPGA kompltt trnnn Einsatzs ins Microkontrollrs mit MMU (für z.b. JVM) Entwicklung von Entwurfsprozssn, wlch partill Modul ffizintr rzugn kann Entwicklung inr Hardwarbibliothk von partilln Moduln Ausblick Foli 26 / 27

27 Viln Dank für hr Aufmrksamkit! Foli 27 / 27

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